Madaling H-Bridge MOSFET Driver Module para sa mga Inverters at Motors

Kung nagtataka ka kung mayroong isang madaling paraan upang magpatupad ng isang H-bridge driver circuit nang hindi ginagamit ang kumplikado naka-bootstrap yugto, ang sumusunod na ideya ay tiyak na malulutas ang iyong query.

Sa artikulong ito natututunan namin kung paano bumuo ng isang unibersal na full-bridge o H-bridge MOSFET driver circuit, gamit ang P-channel at N-channel MOSFETs, na maaaring magamit para sa paggawa ng mataas na kahusayan ng mga circuit ng driver para sa mga motor , inverters , at maraming iba't ibang mga converter ng kuryente.

Eksklusibong natatanggal ng ideya ang karaniwang 4 na top-driver ng H-tulay na H-tulay, na imperyalado na nakasalalay sa kumplikadong network ng bootstrapping.

Mga Kalamangan at Kalamangan ng Karaniwang N-Channel Buong Disenyo ng Bridge

Alam namin na ang buong mga driver ng MOSFET ng tulay ay pinakamahusay na nakakamit sa pamamagitan ng pagsasama ng mga N-channel MOSFET para sa lahat ng 4 na aparato sa system. Ang pangunahing bentahe ay ang mataas na antas ng kahusayan na ibinigay ng mga sistemang ito sa mga tuntunin ng paglipat ng kuryente, at pagwawaldas ng init.

Ito ay dahil sa ang katunayan na Mga N-channel MOSFET ay tinukoy na may kaunting paglaban ng RDSon sa kanilang mga terminal ng mapagkukunan ng alisan, tinitiyak ang minimum na paglaban sa kasalukuyang, na nagpapagana ng mas maliit na pagwawaldas ng init at mas maliit na heatsinks sa mga aparato.

Gayunpaman, ang pagpapatupad ng nasa itaas ay hindi madali, dahil ang lahat ng mga aparato ng 4 na channel ay hindi maaaring magsagawa at mapatakbo ang gitnang pag-load nang walang pagkakaroon ng isang diode / capacitor bootstrapping network na naka-attach sa disenyo.

Ang network ng Bootstrapping ay nangangailangan ng ilang mga kalkulasyon, at nakakalito na paglalagay ng mga bahagi upang matiyak na gumagana nang tama ang mga system. Lumilitaw na ito ang pangunahing kawalan ng isang 4 na channel na MOSFET batay sa topology ng H-tulay, na ang mga karaniwang gumagamit ay nahihirapan na i-configure at ipatupad.

Isang Alternatibong Diskarte

Isang alternatibong diskarte sa paggawa ng isang madali at unibersal na module ng driver ng H-bridge na nangangako ng mataas na kahusayan at natatanggal ang kumplikadong bootstrapping ay sa pamamagitan ng pag-aalis ng dalawang mataas na panig na N-channel MOSFETs, at pagpapalit sa kanila ng mga katapat na P-channel.

Maaaring magtaka ang isa, kung napakadali at mabisa nito bakit hindi ito isang pamantayang inirerekumendang disenyo? Ang sagot ay, kahit na ang diskarte ay mukhang mas simple mayroong ilang mga downsides na maaaring maging sanhi ng mas mababang kahusayan sa ganitong uri ng buong pagsasaayos ng tulay gamit ang P at N channel MOSFET combo.

Una, ang Ang mga P-channel MOSFET ay karaniwang mas mataas ang paglaban ng RDSon kumpara sa mga N-channel MOSFET, na maaaring magresulta sa hindi pantay na pagwawaldas ng init sa mga aparato at hindi mahulaan ang mga resulta ng output. Ang pangalawang panganib ay maaaring isang kababalaghan ng shoot-through, na maaaring maging sanhi ng isang instant na pinsala sa mga aparato.

Sinabi na, mas madaling mag-ingat sa itaas ng dalawang mga hadlang kaysa sa pagdidisenyo ng isang dicey bootstrapping circuit.

Ang dalawang mga isyu sa itaas ay maaaring alisin sa pamamagitan ng:

1. Ang pagpili ng mga P-channel MOSFET na may pinakamababang pagtutukoy ng RDSon, na maaaring halos katumbas ng RDSon rating ng mga pantulong na aparato ng N-channel. Halimbawa sa aming iminungkahing disenyo, mahahanap mo ang IRF4905 na ginagamit para sa P-channel MOSFETs, na na-rate na may isang makabuluhang mababang resistensya ng RDSon na 0.02 Ohms.
2. Pag-counter sa shoot-through sa pamamagitan ng pagdaragdag ng naaangkop na mga yugto ng buffer, at sa pamamagitan ng paggamit ng oscillator signal mula sa isang maaasahang digital na mapagkukunan.

Isang Madaling Universal H-Bridge MOSFET Driver

Ipinapakita ng sumusunod na imahe ang P-channel / N-channel batay sa unibersal na H-bridge MOSFET driver circuit, na tila ay dinisenyo upang magbigay ng maximum na kahusayan na may pinakamaliit na peligro.

Paano ito gumagana

Ang pagtatrabaho ng nasa itaas na disenyo ng H-bridge ay medyo pangunahing kaalaman. Ang ideya ay pinakaangkop para sa mga aplikasyon ng inverter para sa mahusay na pag-convert ng isang mababang kapangyarihan DC sa mains level AC.

Ang supply ng 12V ay nakuha mula sa anumang nais na mapagkukunan ng kuryente, tulad ng mula sa isang baterya o solar panel para sa isang application na inverter.

Ang supply ay nakakondisyon nang naaangkop gamit ang 4700 uF filter capacitor at sa pamamagitan ng kasalukuyang 22 ohm na nililimitahan ang risistor at isang 12V zener para sa idinagdag na pagpapatatag.

Ang nagpapatatag ng DC ay ginagamit para sa pag-power ng oscillator circuit, tinitiyak na ang pagtatrabaho nito ay hindi maaapektuhan ng switching transients mula sa inverter.

Ang kahaliling output ng orasan mula sa oscillator ay pinakain sa mga base ng Q1, Q2 BJTs na karaniwang maliit na signal ng BC547 transistor na nakaposisyon bilang mga buffer / inverter yugto para sa pagmamaneho ng pangunahing yugto ng MOSFET na may katumpakan.

Bilang default, ang BC547 transistors ay nasa naka-ON na kondisyon, sa pamamagitan ng kani-kanilang mga potensyal na base resistive divider.

Nangangahulugan ito na ang sa idle na kondisyon, nang walang mga signal ng oscillator, ang mga P-channel MOSFET ay laging nakabukas ON, habang ang mga N-channel MOSFET ay palaging naka-OFF. Sa sitwasyong ito, ang pagkarga sa gitna, na kung saan ay isang pangunahing paikot-ikot na transpormer ay walang lakas at mananatiling naka-OFF.

Kapag ang mga signal ng orasan ay pinakain sa mga ipinahiwatig na puntos, ang mga negatibong signal mula sa mga pulso ng orasan ay aktwal na ibinagsak ang base boltahe ng mga transistor ng BC547 sa pamamagitan ng 100 uF capacitor.

Ito ay nangyayari na halili, na sanhi ng N-channel MOSFET mula sa isa sa mga bisig ng H-tulay na MAG-ON. Ngayon, dahil ang P-channel MOSFET sa kabilang braso ng tulay ay naka-ON na, nagbibigay-daan sa isang P-channel MOSFET at isang N-channel MOSFET sa kabila ng mga dayagonal na gilid upang mabilis na nakabukas ON, na sanhi ng pagdaloy ng boltahe ng supply sa mga ito MOSFETs at ang pangunahing ng transpormer sa isang direksyon.

Para sa pangalawang kahaliling signal ng orasan, ang parehong pagkilos ay inuulit, ngunit para sa iba pang diagonal na braso ng tulay na nagdudulot ng pagdaloy ng supply sa pamamagitan ng pangunahing transpormer sa iba pang direksyon.

Ang pattern ng paglipat ay eksaktong kapareho ng anumang karaniwang H-tulay, tulad ng inilalarawan sa sumusunod na pigura:

Ang flip-flop switching ng P at N channel MOSFETs sa kaliwa / kanang dayagonal na braso ay patuloy na inuulit bilang tugon sa mga kahaliling input ng signal ng orasan mula sa yugto ng oscillator.

Bilang isang resulta, ang pangunahing transpormer ay inililipat din sa parehong pattern na nagdudulot ng isang parisukat na alon AC 12V na dumaloy sa pangunahing nito, na kung saan ay naaayon na nai-convert sa 220 V o 120 V AC square wave sa sekundaryong transpormer.

Ang dalas ay nakasalalay sa dalas ng pag-input ng signal ng oscillator na maaaring 50 Hz para sa output ng 220 V at 60 Hz para sa output ng 120 V AC,

Aling Oscillator Circuit ang maaaring magamit

Ang signal ng oscillator ay maaaring mula sa anumang disenyo ng batay sa digital na IC, tulad ng mula sa IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 atbp.

Kahit transistorized astable circuit ay maaaring magamit mabisa para sa oscillator circuit.

Ang sumusunod na halimbawa ng oscillator circuit ay maaaring perpektong magamit sa nabanggit sa itaas na buong module ng tulay. Ang oscillator ay may isang nakapirming 50 Hz output, sa pamamagitan ng isang kristal transducer.

Ang ground pin ng IC2 ay nagkakamali na hindi ipinakita sa diagram. Mangyaring ikonekta ang pin # 8 ng IC2 na may pin # 8,12 na linya ng IC1, upang matiyak na ang IC2 ay makakakuha ng potensyal sa lupa. Ang lupa na ito ay dapat na sumali sa linya ng lupa ng module na H-bridge.